JPH0422106B2 - - Google Patents

Description

請求の範囲 １ 患者の大静脈内への挿入に適合した多数のガ
ス透過性チユーブであつて、酸素を上記ガス透過
性チユーブから大静脈を通過して血流に通し、該
血流からの二酸化炭素を該ガス透過性チユーブに
通し、各々が酸素に富んだガス源への連結に適合
した入口末端と装置からの排気に適合した出口末
端とを有するガス透過性チユーブ； 該ガス透過性チユーブの入口末端に接続された
第１ヘツダーであつて、上記ガス透過性チユーブ
の入口末端と他端との間隔を保つ成形基底部を有
する第１ヘツダー； 上記ガス透過性チユーブの出口末端に接続され
た第２ヘツダーであつて、上記ガス透過性チユー
ブの出口末端と他端との間隔を保つ成形基底部を
有する第２ヘツダー； 第１ヘツダーに連結された１端と酸素源と通気
している他端を有する酸素入口チユーブ；および
第２ヘツダーに連結された１端を有して、ガス透
過性チユーブに制御下の吸引を行う排気手段を提
供するようにしたガス出口チユーブ からなる、インビボ肺臓外血液ガス交換を行うた
めの装置。 ２ ヘツダーに接続したチユーブの数量が30〜
500である、請求の範囲第１項に記載の装置。 ３ 各チユーブがエチルセルロースから構成され
る多孔質管状フレーム構造にはめ込まれた厚さ
2.5ミクロンないし４ミクロンのポリアルキルス
ルホンの膜からなる、請求の範囲第１項に記載の
装置。 ４ 各チユーブがエチルセルロースから構成され
る多孔質管状フレーム構造にはめ込まれた厚さ25
ミクロンのシリコンゴムの膜からなる、請求の範
囲第１項に記載の装置。 ５ 半硬質スタイレツトを患者の大静脈内で第１
ヘツダーと第２ヘツダーを連結するように形成
し、大静脈内でスタイレツトが曲げられてうねつ
たパターンを形成して大静脈内で該ガス透過性チ
ユーブの周りの血液の層流を最小限にするように
した請求の範囲第１項に記載の装置。 ６ 各チユーブがポリプロピレンの微孔質膜から
なる、請求の範囲第１項に記載の装置。 ７ 各チユーブがポリテトラフルオルエチレンの
微孔質膜からなる、請求の範囲第１項に記載の装
置。 ８ 各チユーブがポリエチレンの微孔質膜からな
る、請求の範囲第１項に記載の装置。 ９ チユーブがそれらの長さに沿つて第１ヘツダ
ーと第２ヘツダーの間で相互に絡み合つている、
請求の範囲第１項に記載の装置。 １０ チユーブが長さ50cm〜250cm、外径0.25mm
〜１mmである、請求の範囲第１項に記載の装置。 背景 発明の分野 本発明は患者の肺を関与させずにインビボで血
液に酸素を添加し、血液から二酸化炭素を除去す
るための装置に関する。 先行技術 毎日数千人の患者が病院内で低酸素血症状態で
あり、および／または彼らの循環血液からの二酸
化炭素（CO₂）の除去が不適切である。これらの
不適当な血液ガス交換状態（不適当な血液酸素供
給および不適当なCO₂除去の双方を含む）は一般
に種々の程度の呼吸機能不全によつて起こり、こ
れは通常は急性肺疾患、たとえば肺炎、無気肺、
肺内液体、または肺換気閉塞を伴う。各種の心臓
および循環系の疾患、たとえば心臓病およびシヨ
ツクが血流に不都合な影響を与え、これによつて
も血液ガス交換速度が低下する可能性がある。 これらの型の血液ガス交換機能不全の治療のた
めに現在最も広く採用されている方法は、吸気の
酸素濃度を高めることにより、または肺を機械的
に換気することにより、肺への酸素の流入を高め
ることによるものである。両方法とも、疾病を伴
い、完全な能力で機能し得ない肺に、さらに負担
を与える。疾病または傷害を伴う器官を治ゆさせ
るためには、一般にこれらの器官に体息期間を与
え、これにより徐々に活性を高めるのが最良であ
る。しかし不適切なガス交換の治療のために現在
行われている方法は、疾病または傷害を伴なう肺
に休息および回復の期間を与えるよりもむしろこ
れらをいつそう過酷に働かせるものである。 少なくとも限られた期間、肺のガス交換機能を
引き継ぐことができる各種の装置が開発された。
多種の体外血液酸素供給器が一般に採用され、肺
の外科処置に際してきわめて頻繁に用いられてい
る。これらの装置は、少なくとも身体の酸素要求
を低下させる手法（たとえば低体温法）と併用し
た場合には、患者を外科処置期間中維持するのに
十分な血液酸素供給を与えることができる。これ
らの血液酸素供給器には、血液がこの装置を貫通
するのに伴つて血液に酸素を吹込む装置が含まれ
る。これには通常、血液を脱泡してこれを患者へ
の再注入用として受容できるものにする装置区画
が伴う。 他の群の体外酸素供給器はガス透過性膜を用い
るものである。これらの装置は多くの異なる形状
および構造をとるが、操作の基本概念はこれらの
装置すべてにおいて同じである。すなわちガス透
過性膜の一方側を血液が流れ、この膜の他方側を
酸素に富むガスが流れる。血液がこの装置を貫流
するのに伴つて、酸素はガス透過性膜を横切つて
移動し、血液に入る。これによつて、酸素気泡を
血液に実際に導入することなく、かつこれに対応
する大規模な脱泡装置を必要とせずに、血液の酸
素供給が可能となる。 上記で論じた型の酸素供給器はいずれも心肺バ
イパス処置の設定の外部で使用するのに特に適し
たものではなく、一般に短期間の外体用として設
計されているにずぎない。そのためこれらの装置
は、肺疾患または循環機能不全を伴う一般の患者
の日日治療には使用できない。 疾病または傷害を伴う肺を苦しめ、または炎症
させることなく、簡単に、効果的に、かつ無害で
循環血液に酸素を添加し、これから二酸化炭素を
除去することが可能になり、従つて必要な血液ガ
ス交換に不都合な影響を与えることなく肺を一時
的に休息させ回復させることができるならば、院
内ケアにおける著しい、かつ恐らくきわめて広範
に適用できる進歩が実現するであろう。 発明の主目的および要約 以上のことからみて、本発明の主目的は患者の
肺を関与させずにルーテインにインビボで静脈血
に酸素を添加し、これから二酸化炭素を除去する
ための装置を提供することである。 本発明の他の目的は、一時的に使用でき、広範
な外科処置の必要なしに取りつけおよび取りはず
すことができる装置を提供することである。 本発明の他の目的は、血栓形成作用が比較的少
なく、各種血液ガスの交換に有効なインビボ酸素
供給装置を提供することである。 本発明の他の目的は罹患している肺に苦痛、負
担または炎症をもたらすことなく簡単に、効果的
にかつ無害に循環血液に酸素を添加し、これから
二酸化炭素を除去するのを可能にすることであ
る。 これらおよび他の本発明の目的および利点は、
以下の記述および請求の範囲を添付の図面と関連
づけることによつて、よりいつそう明らかになる
であろう。 以上の目的に従つて、本発明は血液のインビボ
肺臓外酸素供給のための新規な装置を目標とす
る。本発明の装置はルーテイン用に考案され、重
大な外科処置を必要とせずに使用できる。特に本
発明は血液ガス交換機能不全を伴う患者の治療に
現在採用されているルーテイン用肺換気の代わり
に彩用できる。 現時点で好ましい一形態においては、本発明の
装置は各末端がヘツダーに接続した多数の小径の
ガス透過性チユーブからなり、ヘツダーは一端が
酸素に富むガスの供給源に接続し、他端がガスを
装置から流出させうる排気チユーブその他の手段
に接続している。この装置は患者の大静脈に挿入
される。患者の頚動脈を切開し、放射線不透過カ
テーテルを挿入し、螢光透視鏡を用いて上大静脈
および下大静脈に導入し、総大腿静脈または総腸
骨静脈の切開部から外へ出す。次いで本発明の装
置を大腿静脈または腸骨静脈から出ている案内カ
テーテルに連結し、案内カテーテルを頚動脈から
引張ることにより、大動脈内へ引き込む。 適切に配置されると、酸素に富むガスをガス透
過性チユーブに比較的低速で流入させる。静脈血
が細いガス透過性チユーブの周りを流れ、酸素が
チユーブから血中へ透過して血液酸素供給が行わ
れ、かつ二酸化炭素が血液からチユーブ内へ透過
し、ここから体外へ排出される。チユーブは、酸
素その他のガスはそれらの壁を容易に通過させる
が血液などの液体は通過させず、かつ血栓形成作
用が比較的少ない材料で構成される。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の装置の好ましい一形態の透視
図である。第２図は第１図の装置の線２−２に沿
つた断面図である。第３図は本発明の装置の他の
好ましい形態の透視図である。第４図は第３図の
装置の線４−４に沿つた断面図である。第５図
は、大静脈の一部を破り取つた状態の、患者の大
動脈内に配置された第１図の装置の透視図であ
る。 好ましい形態の詳細な説明 次いで図面について述べる。各図において同様
な部品は全体として同様な番号で表示した。第１
図は本発明の装置の好ましい一形態を表わし、こ
れを一般に10と表示する。この装置は多数の細
い、壁の薄いガス透過性チユーブ１２からなる。
これらの細いチユーブ１２は各末端がヘツダーに
接続している。この装置の底部のヘツダーは１４
に示され、装置の頂部のヘツダーは16に示され
る。 ガス透過性チユーブ１２は、酸素および二酸化
炭素の分子はチユーブ壁を越えて移行しうるが、
同時にこれらの壁は血液その他の液体およびより
大型の気泡に対して不透過性であるように設計お
よび構成されている。のちにより詳細に述べるよ
うに、チユーブ１２はまた血栓形成作用が比較的
少ない材料から構成されている。現時点で好まし
い一材料は、エチルセルロースなどの材料から構
成された多孔質管状フレーム構造にはめ込まれた
厚さ約2.5〜４ミクロンのポリアルキルスルホン
（PAS）膜である。チユーブ１２用として好まし
い他の構造は、同様な多孔質管状フレーム構造に
取りつけた厚さ約25ミクロンのシリコーンゴム層
からなる。膜によるガス交換がより大きいことが
望まれる場合、他の代替法はポリプロピレン、ポ
リテトラフルオルエチレンまたはポリエチレンな
どの材料を用いて微孔質膜のチユーブ１２を構成
することである。ただし、これらの材料は上記の
材料よりも若干生体親和性が低く、望ましくない
微細気泡を形成する可能性もあると考えられる。
材料の選択に影響を与える可能性のある他の因子
には、ピンホールが無いこと、脆性、商業的入手
しやすさおよび原価が含まれる。 第２図の断面図に最も良く示されるように、チ
ユーブ１２は血液が装置を通つて各チユーブの壁
の周りを貫流し、これにより各チユーブの壁を通
したガス交換が高まるように互いに間隔を置くこ
とが好ましい。チユーブ１２の各末端は、チユー
ブをシリコーンゴムその他の生体親和性材料製の
成形基底部１５に溶封すること（“potting”）に
より、ヘツダー１４および１６内に堅固に固定さ
れている。成形基底部１５が硬化したのち、末端
を切り取り、チユーブ１２の両端がガスの流れに
対して閉塞されない状態にしておく、次いでヘツ
ダー１４および１６を各基底部１５の周りに接着
して気密なシールを形成し、これによつて装置が
大静脈に挿入された際に酸素気泡が大静脈中へ逃
散し得ないようにする。 チユーブ１２の形状、長さおよび直径はそれぞ
れの状況の要求に従つて変えることができる。し
かし装置の設計に際しての一般的目標は、血液−
膜表面暴露を最大限に高め、一方正常な血流の閉
塞を最小限に抑えることである。現時点で好まし
い装置の形態は、長さ約50cm、外径約１mmのチユ
ーブ約30本を含む。成人の場合、装置全体は直径
約1.5cmである。この種の構造のものは約468cm²の
ガス透過性面積を流動血液に露出するであろう。 用いるチユーブの寸法および数量は、装置を
種々の他の状況および用途に適合させるために、
上記のものと異なつていてもよい。他の一形態
（第３図参照）の場合、装置は長さ約250cm、外径
約0.25mmのチユーブ約500本を含むであろう。装
置全体の長さを増大させずにチユーブの長さの増
大に適合させるために、チユーブ３２をのちに詳
述するようにからみ合わせる。この構造により約
9750cm²のガス透過性表面積が得られる。これは上
記の好ましい形態のガス透過性表面積の20倍以上
の増大である。 個々の状況における要求に応じて、他の構造の
ものをいかなる数量用いてもよい。現時点ではチ
ユーブの直径を約0.25〜約１mmの範囲で変えるこ
とができ、長さを約50〜約250cmの範囲で変える
ことができると考えられる。使用するチユーブの
数量も30本以上から500本以上にまで変えること
ができるであろう。前記のように、その結果ガス
伝達表面積を特定の状況における個々の要求に応
じて約168cm²からほぼ10000cm²にまで変えることが
できる。下記の表１は予想されるガス伝達速度を
含めて装置の可能な形状の若干をまとめたもので
ある。

【表】 きわめて長いチユーブを用いることが望ましい
と認められた場合は、これらをからみ合わせてな
おこれらが患者の大静脈内に適合するようにする
必要があろう。第３図はこのような形状を採用し
た装置を示す。この装置を一般に30と表示する。
前記の第１の形態の場合と同様に、この形態は多
数のチユーブ３２を含み、これらはそれらの各末
端溶封され、ヘツダーに接続している。この装置
の頂部のヘツダーを３６と表示し、装置の底部の
ヘツダーを３４と表示する。チユーブ３２がらせ
ん状構造をもつ点を除いて、第３図に示した装置
は第１図に示した装置と類似する。たとえば両装
置ともチユーブ１２または３２に同一のガス透過
性材料を使用し、両装置とも同様なヘツダーを使
用できると期待される。 第４図は第３図に示した装置の具体例の断面図
である。血液がチユーブの間および周りを自由に
流れうるのに十分な空間が各チユーブ３２の間に
与えられている。 次いで、本発明の使用法を示す第５図について
述べる。第５図には上大静脈および下大静脈が示
されている。同様に頚動脈５０、横隔膜５２、心
臓の右心室（R.V.と表示）、右心房（R.A.と表
示）、および猟径靭帯５３も示されている。同様
に第５図には患者の鎖骨５４、右鎖骨下静脈５
６、無名静脈５８、腎静脈６４、左総腸骨静脈６
６、および右外腸骨静脈６８が示されている。 第５図に示されるように、装置１０は切開部１
４を通つて右外腸骨静脈または右大腿静脈６８に
挿入される。この装置は先きに簡単に述べたよう
に、放射線不透過性カテーテルおよび螢光透視鏡
（図示されていない）の使用など既知の手段で上
大静脈および下大静脈を逢うように進み、あるい
は引張り込まれる。次いでヘツダー１４に接続し
た管１８が右外腸骨静脈または総大腿静脈の切開
部１４を通つて患者内へ入るであろう。次いで管
２０が右頚静脈５０の切開部７２を通つて患者か
ら出るであろう。 装置１０が適所に配置された状態でヘツダー１
４は管１８により酸素に富むガスの供給源に接続
され、ヘツダー１６は管２０により排気手段に接
続されるであろう。その結果、酸素に富むガスは
ヘツダー１４を通つてチユーブ１２に入り、上方
へ移動してヘツダー１６に達し、そして装置外へ
移動するであろう。ガスはチユーブ１２内にある
間にチユーブ１２を透過して大静脈を通過する血
液に酸素を供給することができる。さらに二酸化
炭素は血液から離脱してチユーブ１２内へ流入
し、これにより系から排出させることができる。
前記のように、酸素および二酸化炭素は容易にチ
ユーブ１２の壁を通過することができるが、血液
はチユーブに入ることができない。その結果、血
液を気泡に直接に暴露することなく酸素供給を行
うことができる。 現時点ではチユーブ１２に入るガスは約0.6〜
1.2／分の流量で流れる100％酸素である。これ
によつて装置を５〜10mmHgの範囲の比較的低い
圧力で作動させる。比較的低い圧力で装置を作動
させることによつて、実質的に大静脈内で漏出ま
たは気泡を生じる危険性なしに適切な血液酸素供
給が行われるであろう。さらに、過度の圧力を高
めることなくガスの流量を増大させるために、チ
ユーブ１２からヘツダー１６を通つて排出される
ガスを制御下に吸引する。 血液と装置の適切な接触を保証し、血液の層流
および装置に沿つた境界層の形成を避けるため
に、装置を“波状”の、うねつた、またはらせん
状の形状で配置することが望ましい場合がある。
第５図はこのような形状の装置を示す。このよう
なパターンは種々の手段により達成できるが、考
えられる一手段は硬質または半硬質のスタイレツ
ト２２を含むものである。これはチユーブ１２に
平行に走行し、ヘツダー１４および１６に強固に
接続している。スタイレツト２２は血液親和性の
金属またはプラスチツクから形成することがで
き、装置を患者に挿入する前に希望する形状に曲
げることができ、これにより装置が適所に配置さ
れると、装置は確実にうねつた、またはらせん状
の形状を維持する。 本発明の装置などの装置を使用する際には、血
栓形成を最小限に抑えることが重要である。この
問題に適切に対処できなかつたことが血液に人工
的に酸素供給する先行技術の試みが挫折した要因
であつた。この問題は非血栓形成材料を用いて装
置を構成することにより対処できる。血栓形成が
なお問題となる場合は、チユーブ１２の表面をさ
らに血栓抵抗性材料で被覆するか、あるいは患者
を血小板制限投薬により処置することができる。 本発明の装置は血液に人工的に酸素供給する先
行技術の試みよりも著しい改良である。本発明の
装置は肺疾患に対してルーテインに行われている
治療法と異なり、肺を休息させ、それらの罹患状
態から回復するのを可能にする。本発明の装置を
ルーテインの一時的処置に用いることもできる。
従来の血液酸素供給器は主として外科処置の期間
中にのみ用いられ、体外に設置される。さらに本
発明はその外壁としてその場の大静脈を用いる。
血液は人工の管その他の装置内を貫流しない。そ
の結果、溶血および血栓形成を含む血液への損傷
は最小限に抑えられる。従つて本発明の装置によ
つて罹患している肺を関与させることなく、効果
的なかつ比較的外傷の少ないインビボでの血液酸
素供給ができる。 本発明の装置は多種多様な形態で取入れること
ができ、それらのうちごくわずかを以上に図示お
よび記述したにすぎない点は認められるであろ
う。本発明はその精神または本質的特徴から逸脱
することなく他の特定の形態で実施できる。上記
の形態はあらゆる点で説明のためのものであり、
限定的なものではなく、従つて本発明の範囲は以
上の記述ではなく請求の範囲によつて示される。
請求の範囲の均等物の意味および節囲に属する変
更はすべて本発明の範囲に含まれる。